CC BY
84AVR:
аппаратные средства разработчика
Николай Королев
korolev@argussolt.ru
Дмитрий Королев
components@argussot!.ru
В нашей стране широко известны микроконтроллеры производства фирмы АТМЕ1.. Заслуженной популярностью пользуются микросхемы семейства АТ89, идентичные по архитектуре и набору команд с семейством 1НТЕ1,-М5С51. Помимо них фирма предлагает новые высокопроизводительные микроконтроллеры семейств АТ90$ и АТ91, имеющие уникальные технические характеристики. Ниже описываются аппаратные средства, позволяющие разработчику существенно ускорить этап отладки системы на базе микроконтроллеров семейства АТ905.
Микроконтроллеры семейства AT90S. выпущенные в продажу два года назад, сразу вызвали к себе интерес разработ-' чиков. Уникальное сочетание технических характеристик — время выполнения команд за один такт задающего генератора, встроенный компаратор, сторожевой таймер, ФЛЭШ-ПЗУ программ и ЭСПЗУ данных с возможностью перепрограммирования без извлечения микросхемы из системы позволило создавать производительные и компактные устройства, функции которых можно модифицировать даже после окончательного монтажа платы. Одновременно с микросхемами пользователям был предложен ассемблер AVRASM и отладчик для этих микросхем AVRStudio.
В семейство AVR входят три серии микросхем classicAVR. ATmega и ATtiny.
В таблицах 1-3 представлены основные технические параметры упомянутых микросхем.
СТАРТОВЫЕ НАБОРЫ
Для работы с микросхемами AVR фирма ATMEL предлагает разнообразные аппаратные средства — стартовые наборы и внутрисхемные эмуляторы. Первым устройством такого рода является набор MCU100. Он представляет собой недорогой комплект (цена около 70 S), позволяющий разработчику быстро создать и отладить программный код, а затем загрузить его в микроконтроллер AT89S/AT90S, установленный в панельку на плате. Плата функционально представляет собой программатор на базе микроконтроллера АТ89С2051 и интерфейсной микросхеме ADM202. На плате установлены две панельки — 20- и 40-выводные, в которые можно установить микросхемы AT90S1200. AT90S2313, AT90S4414, AT90S8515 или AT89S8252 в DlP-корпусах. Также на плате размещены переключатели и разъемы для связи с внешними пользовательскими устройствами. В состав набора входит микросхема AT90S1200. Отладочная плата имеет следующие характеристики:
• 8 кнопок (функции определяются пользователем);
• 8 светодиодов (функции определяются пользователем);
• 3 светодиода, отображающих статус программирования;
• один свободный порт RS-232;
• все AVR-порты выведены на внешние разъемы;
• габаритные размеры - 100 х 95 мм;
• питание осуществляется от внешнего нестаби-лизированного источника постоянного тока напряжением 9...20 8 или переменного тока напряжением 6.5... 15 В.
Позднее фирма ATMEL выпустила комплекты второго поколения — STK200 (цена менее 70 S) и STK300 (цена — 130 S). Комплект STK200 предназначен для работы со всеми микросхемами AT90Sxxxx и AT89Sxxxx. Допускается возможность использования внешнего ОЗУ. На плате установлены панельки DIP8, D1P20, 0IP28 и DIP40. Есть дополнительная возможность программирования микросхем ATmega 103 и ATtnega603L Комплект STK300 предназначен для работы с микросхемами ATmega. На плате размещен разъем, в который устанавливается микроконтроллер AtMegal03, АТтедабОЗ, ATmegal03L или АТтедабОЗЦ распаянный на специальной плате. Отладочные платы характеризуются следующими параметрами:
• 8 кнопок (функции определяются пользователем);
• 8 светодиодов (функции определяются пользователем);
• интерфейс для работы с внешним ЖКИ-инди-катором;
• панелька 01Р28 для установки внешнего ОЗУ типа 62256;
• габаритные размеры 130 x112 мм.
Питание осуществляется от внешнего источника переменного тока напряжением 6,5...15 В или постоянного напряжением 9...20 В. Напряжение питания микроконтроллера 5 8/3.3 В устанавливается перемычкой.
а плате также размещены разъемы для под-чения внешних пользовательских перифе-ных устройств и два переменных реэисто-- один для регулирования контрастности индикатора, а второй — для установки зня опорного напряжения на соответству-*х входах микросхем, оснащенных встроен* | АЦП.
омплекты подключаются к параллельному ту компьютера посредством адаптера с 10-водным кабелем. Последний, по существу, яетсн автономным программатором, кото-I можно использовать для программирова-микроыем на плате пользователя.
Іаличие разъема для подключении ЖК-ин-атора предоставляет расширенные воз-кности для отладки. Его можно использо-ь для отображения текущего состояния истров процессора, что в ряде случаев воляет обойтись без использования «на-ящего» внутрисхемного эмулятора.
ВНУТРИСХЕМНЫЕ
ЭМУЛЯТОРЫ
АУР Ісєрго
эвым внутрисхемным эмулятором для АУК-ироконтроллеров стал комплект АУЙ ІСЕ-). Это изделие стоимостью около 2600 $ полнено в корпусе размером 277x218x33 и подключается к компьютеру через прин-
ілица 1. СІа55ісАУР
терный или последовательный порт. Скорость обмена с компьютером составляет 80 Кбайт/с в первом случае и 115 Кбод во втором. Питание эмулятора осуществляется от внешнего источника напряжением 9... 15 8.
Основные характеристики змулятора:
• поддержка всех микросхем семейства АТ90S;
• возможность отладки программ в реальном времени;
• наличие бу* ^ фера трассировки объемом 32К х 96 bit;
• программно управляемая частота задающего генератора;
• поддержка исходных кодов на ассемблере и языке С;
• интеграция с другими средствами разработки AVR;
Во время отладки обеспечивается мониторинг всех ресурсов микроконтроллера и модификация регистрового файла, статического ОЗУ, программной памяти, ЭСПЗУ, программного счетчика и портов ввода/вывода. К эмулятору посредством
Рис.1. Плата MCU100
лгросхема ПЗУ. ОЗУ. ЭСТ13У, Тай- Поел. АЦП Робочая Корпус,
программ. байт байт меры порты частота. выв
Кбайт МГц
90S1200 Г2* 0 64 1 ист МО» 0. .12 20
WS2313 2 128 128 2 есть нет 0 10 20
90S2323 2 128 128 2 •ют мет 0 10 в: ~
901S2323 2 128 128 2 нет нет 0 4 8
90S2343 2 128 128 2 нет нот 0.10 8
90LS2343 2 128 128 2 нет нет 0 4 8
90S4414 4 256 256 2 есть нет 0...8 40, 44
90S2333 2 128 128 2 ecu. 6 ОХ 0.8, • 28. 32
901S2333 2 128 128 2 есть 6 ах 0..4 28.32
90S4433 4 128 256 2 ость 6 ох 0 8 28. 32
90S4434 4 256 256 2 есть 8 ох. 08 40,44
901S4434 4 256 256 2 есть 8 «х 0 .4 40,44
90S8515 8 512 512 2 есть нет 0.8 40. 44
90S8535 8 512 512 2 есть 8 м 0.8 40. 44
901S8535 8 512 512 2 ость 8 ох 0.4 40. 44
ПЗУ ОЗУ, ЭСПЗУ. Тай- Поел. АЦП Рабочая Корпус,
программ. Кбайт кбайт меры порты частота. пыо •
Кбайт МГц •
128 4 4 3 ость 8 ьх. 0 6 64
128 4 4 3 есть 8 пх. 0 4 64
64 4 2 3 есть 8 их. 0.6 64
64 4 2 3 есть 8 вх 0 4 64 •
16 1 0.5 3 есть нет 0-6 40.44
16 1 0.5 3 ость нет 0 4 40.44 •
жросхемы ЛТ9051200 и АТ9052343 имеют встроенный ИС-генератор с частотой МГц.
блица 2. АУЯ-теда «росхемо
тедоЮЗ тедоI031 тедобОЗ 'тедо6031 'тв9а161 тедо1611
Iнросхемы АГ Меда161 имеют два порта иАИТ и возможность автозагрузки ПЗУ юг ром м.
|6лица 3. А\^-Ппу
КфОСХОМО
ПпуЮ ГгіпуІ 1 ГЬпуІ 2 [firry 15 Гйпу22
икроаемы ATtinyJO — вариант ATtinyl 1 с однократным программированием.
ПЗУ ОЗУ. ЭСПЗУ. Тай- Поел. АЦП Рабочая Корпус,
программ, «байт байт байт меры порты частота, МГц выв.
1 0 0 1 нот нет 0 6 ' 8
1 0 64 1 но і нет 0 6 8
1 0 64 1 мет нот 0.8 8
1 0 64 2 МП! 4 их. 1.6 8
1 128 64 1 нет- нот 0 8 8
плоского кабеля подключается соответствующий P0D. Существует также аналогичный эмулятор МедаКЕ для работы с микроконтроллерами семейства Atmega103/603.
AVR ICE 200
В августе 1999 г. фирма ATMEL анонсировала новый эмулятор с рекордно низкой ценой — 250 S. Эмулятор поддерживает отладку 11 ^ различных AVR-микроконтроллеров, входящих о семейства classic и tiny. Он построен с использованием элементной базы, изготавливаемой по тем же технологическим нормам, что и эмулируемый микроконтроллер. Этим обеспечивается идентичность параметров электрических сигналов, формируемых эмулятором и контроллером. Эмулятор имеет возможность автоконфигурирования. что облегчает процесс его подключения к конкретной отлаживаемой плате. Программный отладчик AVR Studio версии 3 интегрирован в эмулятор AVR 1СЕ 200, что дает пользователю полный контроль режима реального времени. Одновременно AVR Studio может управлять несколькими эмуляторами, их число ограничивается только количеством доступных последовательных портов на используемом компьютере.
Эмулятор поддерживает следующие микросхемы:
• ATtiny 10/11. ATtinyl2 (используется адаптер ATadapt3400);
• AT90S1200. AT90S2313 (используется адаптер ATadapt3300);
• AT90S2333/4433 (используется адаптер ATadapt 3200);
• АТ904414/8515 (используется адаптер Afadapt3000);
• АТ9054434/8535 (используется адаптер ATadapt3100);
Основные технические характеристики эмулятора:
• диапазон напряжения питания микросхем — от 2,7 В до 5.5 В;
32-битный счетчик цикла; поддержка функционирования портов ввода/вывода в состоянии останова после обработки подпрограммы прерывания: пошаговая или непрерывная работа таймера во время пошагового режима отладки; неограниченное количество точек останова;
• возможность символьной отладки;
• полный доступ к памяти программ, памяти данных и регистрам микроконтроллера;
• доступ ко всем портам ввода/вывода; Программное обеспечение функционирует
под управлением операционной системы Windows 95/98 или Windows NT 3.51/4.0.
На плате эмулятора размещена программная память (overlay memory), устройство связи с управляющим компьютером и аппарат-
иые средства для обработки точек прерыва- является надпись «AVR Emulator». Соедине- бель, подключаемый к пользовательской
мия. Преобразователи уровня позволяют ис- ние по умолчанию устанавливается на ско- плате с программируемым AVR-микроконт-
Рис.2. Плата STK200
пользовать различные напряжения питания для эмулятора и отлаживаемой платы. Они также обеспечивают защиту эмулятора от повреждения при аварийном отключении питания. Это позволяет подавать питание на эмулятор и на отлаживаемое устройство в любой последовательности..
Двумя плоскими кабелями эмулятор соединяется с переходником, на котором смонтирован эмуляционный кристалл (ATadaptEM04, Pod Board). К нему, в свою очередь, подключается «персональный адаптер» — плата, которая включается в отлаживаемое устройство вместо микроконтроллера.
Эмулятор AVR ICE 200 комплектуется адаптерами под корпуса 0IP8, 0IP20, DIP28, DIP40-digital и 0IP40-analog.
Как уже упоминалось, программная поддержка эмулятора обеспечена в среде программного симулятора AVR Studio. При его запуске
Рис.З. Эмулятор АУН 1СЕРР0 с подключенным АТ90А0СР00
проходит проверка наличия подключенного эмулятора к последовательному порту компьютера, и в случае успешного соединения, в правом нижнем углу окна программы по-
Рис. 4. Плата AVR ICE 200
рости 19200 бод, однако можно также установить скорость обмена 115200 бод.
ВНУТРИСХЕМНЫЕ
ПРОГРАММАТОРЫ
Так как микроконтроллеры семейства AVR могут программироваться по последовательному каналу, было бы упущением не сделать дешевые внутрисхемные программаторы. Фирма ATMEL выпустила программирующий кабель A190ISP, с помощью которого можно программировать некоторые из микросхем серии AT90S. Этот программатор имел недостаток — он подключался к COM-порту компьютера через упрощенный транзисторный преобразователь уровня. вследствие чего в некоторых типах компьютеров возникали проблемы синхронизации. Кроме того, собственно программирующий кабель состоял из шести проводников с шестиконтактным разъемом. а в настоящее время фирма использует новый тип кабельного разъема, содержащий 10 контактов. В августе 1999 г. выпуск программатора AT90ISP прекращен.
В фирме «АРГУС-СОФ! Компани» разработан функциональный аналог этого программатора, усторйство ASI. Оно смонтировано на печатной плате размером 78x32 мм. На ней установлен 9-контактный разъем, который подключается к СОМ-порту компьютера. С противоположной ему стороны в плату запани 10-жильный плоский кз-
роллером. 10-контактный разъем имеет цоколевку в соответствии с новым стандартом ISP-кабеля фирмы ATMEL Набор сигналов для программирования остался прежним — MOSI, MISO, SCK и RST, однако увеличено количество «земляных» проводников, что позволило использовать более длинный программирующий кабель. Схема устройства AS1 приведена на рис. б. Программа для работы с программатором AS-AVR функционирует в среде Windows 95/98 и выполняет следующие функции:
• автопоиск подключенного программатора по всем COM-портам компьютера;
• чтение из файла и запись в файл информации в НЕХ-формате;
• отображение содержимого памяти программ и ЭСПЗУ в отдельных окнах;
• программирование и чтение содержимого памяти программ и ЭСПЗУ;
• установка битов защиты памяти микроконтроллера;
• стирание микроконтроллера.
Рабочее окно программы AS-AVR представлено на рис. 7.
Ядром устройства является AVR-контроллер AT90S2313. Он выполнен в 20-вывод-мом корпусе, содержит 2 Кбайта флэш-ПЗУ программ, перепрограммируемого в системе. 128 байт ОЗУ данных и 128 байт ЭСПЗУ данных. Микросхема оснащена аппаратным портом UART. что упрощает построение интерфейса с компьютером. Легкость программирования AVR-микроконтроллеров позволяет в считанные минуты заменить прошивку и таким образом обновить версию программы — firmware. Описываемый программатор может функционировать так же. как автономное устройство сбора данных со встроенным ЖК-индикатором или как система ввода аналоговой информации в компьютер через порт RS-232. Для этих целей я нем есть дополнительные разъемы — для ЖК-индикатора и для до-
Рис.5. Эмулятор 1СЕ 200 с платой 5ТК200
черней платы с аналого-цифровым преобразователем. Кроме разъемов, на плате вы-
—ИИ
(а (11Ш >
i!
i>»»*aaaaa««a,'
S'!555SKrS?KKL+..-.',d • :
■*.»; n-ml
я !«8удшз!№К8
[К |!!5527мм!*и7мммм»иГ
««tllltlHMH till *4 II HlllfMH ИИ II ИМИ
нмиммииинимм апноннкяямияяил
ai —*»"*» I
Jtl vw,liy*CM I
_j
l*'H I
Рис. 6. Схема ISP-программатора
полнена разводка под микросхему AD7817. представляющую собой 4-канальный 10-битный АЦП с термодатчиком на кристалле. Выбор набора требуемых функций производится занесением соответствующей программы в микроконтроллер AT90S2313.
Рис.7. Программа АБ-АУЯ
Полную информацию по применению микроконтроллеров фирмы АТМЕ1. и средств отладки для них можно получить на фирме «АРГУССОФТ Компани» — у официального дистрибьютора фирмы АТМЕ1. в России.
АРГУССОФТ Компани ________________
—— официальным дистрибьютор фир
Кировой лидер по протво.к-ш) последовательных АШНаЪ и 111 Г1> 11 реле мн. MCI самим широким иыГшр микросхем
памяти с мшерфснсом SIM -oi I Кбит до .'2 Мбит Диапазон тгтаюшн.х напряжении и напряжений npoi раммиронаммй - от 1.8 В до 5 В
Микросхемы серии АТ25:
- похкрхка режимов SPI MODI. О н MODE 3:
• cuxocit. oi I Кбш ,ю I Мбит;
- rninoK»>ucioia;io2.l МГц;
• npoipawMiua и аппаратам шиша ллннмч:
- шли корпусов- DIP. SOIC. TSSOP. LAP
Микросхемы серии АТ45 :
- поддержки режимов SPI MODI: О и MODE У.
• емкоок oi I Мбн1 до 32 Мбит; типовая1 ист от* до 15 МГи.
ирзммпая ипшпа шмных: i^Lnpmvoi. SOU I SOP. С ВОЛ
illiuuilllr Кмммги. I’aiMrp i|
\T2J0I0 Ю 1 Кбит Пбайт
ЧТ25020 1" 2 Кбит «байт
\П5040 10 4 K6«t «байт
\T2508Q I» X Кбит 32 байт
ЛТ251М-10 lt.K6.ii ?; (mm
ЛТШ.Ц 32 Кбит • : nxfti
ЛТ29640-10 64 Кбит 32 6*1
1T25I2* 1» 12* Кбит 64 байт
Л Г35256-1" 25г. К Счи <>4 6аВт
ЧТ25НР512 to М2 Кбит
\T25PI024-I0 1 Мбш 12* байт 264 байт
Л T45DOI1/TtltOt I 1 Мбит
\Т45М21/Т>П021 VT45D041/1)1(041 : м-m 4 264 6*fli 264 байт
UJMXIKI ШМ1К1 ч Мбш 264 байт
AT45»l6l/DUI6t AT45DI132I 16 Мбш >: мбш 528 байт 521 байт
I ANALOG I DEVICES
POURNS
CPCJare
HRNTRONIX
TRACO
*CW»«COUCti
Honeywell
к llaui алрсс : 129085. Москва. Проспсм Мира. 95 ы Тел.: <095) 217-2487.217-2519. 217-2505 : Факс. (095) 216-66-42;
I In tepiiei : http://wuM.argusMiri.ru .e-mail: componcnbfu.ireussoft.ru
1 j-. л - А,
40
Новости рынка ПЛИС
Заканчивающийся год уже принес, можно сказать, небывалые изменения в стане производителей ПЛИС. Этот сегмент рынка полупроводниковых приборов покинули такие гиганты, как Motorola, AMD и Philips. В конце апреля об этом уходе лаконично объявила Motorola, выпускавшая FPGA серии МРА и программируемые аналоговые матрицы класса FPAA. Почти одновременно с этим событием появилось сообщение о предварительной договоренности о продаже принадлежащей AMD компании Vantis за 500 млн долларов фирме Lattice Semiconductor (www.latticesemi. com). AMD, один из пионеров в создании ПЛИС, организовал несколько лет назад Vantis для специального продвижения данного класса приборов. ПЛИС AMD (кроме ранних разработок с архитектурой PAL типа 22V10) и Lattice Semiconductor незаслуженно малоизвестны отечественным потребителям, но пользуются устойчиво хорошей репутацией у зарубежных инженеров. В настоящее время процесс слияния фирм завершен и продукция выпускается под маркой Lattice/ Vantis. Чуть позже, 8 июне Philips и Xilinx (www.xilinx.com) достигли соглашения о продаже последней разработанной и выпускаемой Philips линии малопотребляемых ПЛИС. Эти ПЛИС серии CoolRunner имеют ток потребления в статике на уровне десятков микроампер и ориентированы на применение в аппаратуре с батарейным питанием. В зависимости от типа они программируются с помощью внешнего программатора и/или в системе (ISP) через JTAG-порт. В последнем случае используют принтерный порт PC или микроконтроллер в составе аппаратуры. В номенклатуре ПЛИС, производимых Philips, они являлись основой и предметом гордости фирмы. В настоящее время микросхемы серии CoolRunner уже поставляет Xilinx. САПР проектирования для этих ПЛИС под названием XPLA Professional текущая версии 3.30, доступен бесплатно.
